玉米播种机控制中的英语复合句语义分析

张 燕

(黄河交通学院，河南 焦作 454950)

0 引言

玉米是主要的粮食作物，还可作为畜禽饲料和能源开发原料，也是重要的经济作物。目前，我国的玉米种植面积接近4 000万hm2，产量超过2亿t。即便如此，我国每年仍要进口一定数量的玉米，才能满足国内需求。玉米的用途广泛，种植和消费规模庞大，在国民经济中占有重要地位[1]。

玉米生产过程中播种环节耗时费力，作业时期很短，作业质量对产量有较大影响。机械化程度是反映农业发展水平的重要方面，设计和推广玉米播种机具有很大的现实意义。随着科学发展和技术进步，我国开发了多种玉米播种机，如用于干旱地区的精量施水播种机及全膜覆盖的双垄沟播机和折叠式免耕播种机等，都在实践中取得了良好的效果[2-4]。上述机械可以设定行距和间距实现均匀播种，并集成覆土、施肥和洒水功能于一体，不仅具有更高的作业质量，还能节约用种量、劳力和作业时间。通过机械播种的玉米出苗率高、整齐度好，为高产稳产提供了保障。

我国玉米播种机发展迅速，现在已经形成了良好的开发应用局面；但是，与国际先进水平相比，我国玉米播种机在部分性能上还不完全成熟，影响了播种作业的效果。首先，排种器凹坑的大小固定，导致对籽粒大小不同的种子容纳数量存在差异，降低了排种精度。其次，大部分机械的播种株间距不能调整，难以很好地适应不同玉米品种和种植习惯。另外，受机械设计和整体性能的影响，实际作业过程中会出现种箱排空、导种管堵塞等造成的漏播，以及地轮打滑影响播种精度的问题。

因此，在设计新型播种机械时，可以参考上述问题，通过对机械结构的优化设计来获得更为完善的综合性能。对于现有机械，则可以加载新的电子监测和控制系统，通过实时控制性能推动机械智能化的提升。目前，我国已研制出多种玉米播种机智能监测和控制系统，核心技术包括单片机、PLC、传感器和编码器等，提高了玉米播种机的性能和适应性[5-9]。

英语是世界应用最广泛的语言，在农业机械上采用英语的设计语言和控制指令可以与国际接轨，促进我国农业机械走向国际市场。同时，对进口农业机械上的英语使用方式进行研究，也可以达到参考国外先进经验，提高我国农业机械水平的目的。玉米播种机的结构复杂、部件繁多、操作难度较大，研究利用英语语言理解对其进行控制具有重要意义。语言理解通常是指人类通过视觉或听觉接收语言信息并构建语言描述的环境，从而获得语言所表达的内容。语言理解依靠计算机技术延伸到自然科学领域，主要应用在机械设计制造方面，可以参与模型的重建[10-11]。

若要将英语语言理解应用于农业机械的控制，需要对英语语言形式表达的控制需求进行理解和分析，然后将分析结果转化为控制指令和动作。英语语言理解可以提高对农业机械的控制精度，并降低控制难度。语句是语言理解过程中承上启下的重要单位，英语的语句根据结构可以分为简单句、并列句和复合句。复合句中的从句用于对主句动态事件的发生对象、发生时间和发生条件进行限定和准确描述，在农业机械控制中可以增加控制指令的精细程度，具有重要的研究价值。胡树凯比较了自然语言理解中各种语义分析方法的优缺点，并分析复合句语义各个概念的唯一性问题，以此建立的模型在机械产品设计测试中取得了理想的结果[12]。本文对英语语言理解中的复合句语义进行分析，将其应用在玉米播种机的播种深度、排种精度和行驶方向控制上，以便提高农业机械的智能化水平，降低操作难度。

1 机械设备和硬件

机械设备为RN-Z02型玉米播种机，功率通过转动轴输出，集播种、施肥和覆土功能于一体。播种机可以实现3行同播，行距为45～60cm，株距为16～32cm，均可根据实际需要进行调整，最佳播种深度为15cm。牵引机械是东方红LX1000型拖拉机，后轮距212cm，离地高度43cm，输出功率达到73.5kW，行进速度在2～36km/h之间。用于英语语言理解的设备为戴尔I3668-18N2型电脑，配置包括Intel i5处理器、8GB的内存和1TB的硬盘，由拖拉机的蓄电池提供电源。语言理解在visual C++程序中进行，软件运行环境为Windows10操作系统。

2 语义分析

语言理解的实质是通过分析篇章和理解语义，将玉米播种机的控制指令转换为实际的操作动作。语言理解首先分析单词的词义，然后依照语法将它们组合成语句的语境，同时对作为语句组成部分的各类单词分别释义，不能完成释义的单词重回上一步进行分类处理，直至完成释义。以成功释义的语句为基础，由规范化处理形成篇章分析的语言形式，最终得到核心事件的模型进行语义模型建立。

语义分析是自然语言理解的关键和难点，因此对语言理解的大量研究都集中在语义分析上。在英语的3种语句结构类型中，复合句最为复杂，表达的内容也最丰富。本文对复合句的语义分析是依据完整语义的思想进行的，即以主句的事件为核心，按照特定顺序围绕每个动词进行完整的语义分析，将不能成功分析的动词暂时存储，在整句分析结束后再重新组合后分析。组成复合句的各个单句事件分析结束后，抽象化的事件名词返回到父句，由父句将这些名词填充到相应的语法位置上，然后重复进行上述的单句语义分析过程。当不再出现需要进行分析的父句时，则表明完成了复合句的语义分析，同时根据最终的语义形成播种机控制指令输出，其流程如图1所示。

图1 复合句语义分析流程Fig.1 Flow path of semantic analysis of compound sentence

3 控制功能

播种机的参数设定和操作指令用英语表达，语言理解程序对各类句型进行语义分析，理解指令内容后通过输出信号实现控制功能。播种机驾驶员的口头或文字指令通过输入装置接收，由计算机识别和推理释义，控制执行装置根据指令完成相应操作。本文研究了复合句语义分析对玉米播种机播种深度、排种精度，以及行驶方向的控制作用。

播种深度即实际的开沟深度，通过传感器对播种机仿形轮随地表上下浮动的位移信号测量获得。计算机将实际的开沟深度与设定播种深度比较，根据结果输出控制指令，以四连杆结构改变开沟器的位置，从而校正播种深度。

排种精度是由导种轮决定的，通过霍尔传感器检测导种轮的转动信号，计算机根据转动信号计算出导种轮的实际转速并与设定的转速比较，再通过驱动电机对导种轮的转速进行校正，从而维持设定的播种精度。

对行驶方向采用方向盘控制方式，方向控制器与收割机的方向盘连接，由马达驱动转向。方向控制器安装方便，与语言理解设备能够很好兼容。

玉米播种机上述3种控制功能涉及的部件繁多，连接复杂，动作执行需要满足各种前提条件，因此复合句在其控制程序的编写过程中发挥着重要的作用。3种控制功能的代表性复合句以状语、定语和主语等类型的从句为主，如表1所示。

表1 不同控制功能的代表性复合句Table 1 Representative compound sentence of different controlling functions

4 试验结果和分析

2017年，在4个不同类型的玉米试验田中验证这种玉米播种机控制方法的效果。拖拉机以5km/h的速度牵引播种机按照预先规划的路线行驶，同时进行播种作业。使用的玉米品种为农华101，播种深度设定为15cm，株间距设定为25cm。每次取2 000粒种子用于试验，作业完成后测量播种机的行驶距离，从而计算实际的株间距。另外，每个田块中随机抽取10个点，测量播种深度和行驶路线的偏移距离，计算平均值并与设定值进行比较。

试验结果如表2所示。结果表明：实际播种深度在14.5～16.2cm之间，与15cm的设定播种深度相比差距很小；实际株间距在25.5～26.8cm之间，均大于25cm的设定株间距，但最大的差异仅为1.8cm。因此，玉米播种机的播种精度较高，能够满足实际作业的要求。机械行驶路线的偏移距离在17.2～20.4cm之间，没有超过拖拉机轮距的10%，这说明该方法对机械行驶方向的控制效果较好。

表2 语言理解对玉米播种机的控制效果

Table 2 Control effect of language understanding on corn seeder

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5 结论

对英语语言理解中的复合句依据完整语义的思想进行语义分析，探讨了在玉米播种机控制中的应用。复合句语义分析以主句的事件为核心，按照特定顺序围绕每个动词进行完整的语义分析，将抽象化的事件名词返回到父句，根据最终的语义形成播种机控制指令输出。文中研究了复合句语义分析对玉米播种机播种深度、排种精度和行驶方向的控制作用，列举了3种控制功能的代表性复合句和从句类型。试验结果表明：该方法对玉米播种机播种精度和行驶方向的控制效果较好，能够满足实际作业的要求，可以用来提高农业机械的智能化水平，降低操作难度。